【java多線程】（3）---synchronized、Lock
synchronized、Lock
一、概述
1、出現線程不安全的原因是什麽？
如果我們創建的多個線程，存在著共享數據，那麽就有可能出現線程的安全問題：當其中一個線程操作共享數據時，還未操作完成，
另外的線程就參與進來，導致對共享數據的操作出現問題。
2、線程不安全解決辦法
要求一個線程操作共享數據時，只有當其完成操作完成共享數據，其它線程才有機會執行共享數據。java提供了兩種方式來實現同步互斥訪問：synchronized和Lock。
二、synchronized
synchronized可以保證方法或代碼塊在運行時，同一時刻只有一個線程可以進入到臨界區（互斥性），同時它還保證了共享變量的內存可見性。
1、同步代碼塊。
synchronized(同步監視器){ //操作共享數據的代碼 }
註：
1.同步監視器：俗稱鎖，任何一個類的對象都可以才充當鎖。要想保證線程的安全，必須要求所有的線程共用同一把鎖！（就是每個線程進來這個鎖(對象)必須是同一個，否在無效）
2.使用實現Runnable接口的方式創建多線程的話，同步代碼塊中的鎖，可以考慮是this。如果使用繼承Thread類的方式，慎用this!(理解)
3.共享數據：多個線程需要共同操作的變量。 明確哪部分是操作共享數據的代碼。(就是你這個synchronized只能加在共享變量上，放錯位置也會達不到效果)
2、非靜態的方法
對於非靜態的方法而言，使用同步的話，默認鎖為：this。如果使用在繼承的方式實現多線程的話，慎用！(繼承的方式實現多線程看我上篇博客的：2、如何讓兩個線程按照指定方式有序交叉運行呢？)
3、對於靜態的方法
如果使用同步，默認的鎖為：當前類本身。以單例的懶漢式為例。 Class clazz = Singleton.class
4、看下面的鎖是否有效
(1)無效鎖
public class SynchronizedTest { public static void main(String[] args){ Test t1= new Test(); t1.start(); Test t2 = new Test(); t2.start(); } } class Test extends Thread{ @Override public void run() { writeSomething(); } //該鎖無效 //這個是非靜態方法鎖，那麽這個鎖的對象指，當前該鎖的引用對象，也就是this,這裏創建了兩個對象，這個this當然是同一個 public synchronized void writeSomething(){ for (int i=0; i<10; i++){ System.out.print(i+" "); } System.out.println(" "); } } /*隨機輸出一種結果： * 0 0 1 1 2 2 3 4 5 3 6 4 5 6 7 8 9 * 7 8 9 */
(2)有效鎖
public class Test1 { static Test2 test2 = new Test2(); public static void main(String[] args){ new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { test2.writeSomething(); } }).start(); test2.writeSomething(); } } class Test2{ //鎖有效 //因為這裏兩個線程的this都指test2同一個對象 public synchronized void writeSomething(){ for (int i=0; i<10; i++){ System.out.print(i+" "); } System.out.println(); } } /*輸出結果：僅一種可能 * 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 因為第一個進來的，在沒有執行完之前是不會釋放鎖的，那麽另一個怎麽也進不來。 */
(3)有效鎖
public class Synchronized1Test { static Test4 test4 = new Test4(); public static void main(String[] args){ new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { test4.writeSomething(); } }).start(); test4.printSomething(); } } class Test4{ //這裏在兩個方法都放了鎖，但因為鎖對象是同一個，所以線程只要進入其中一個方法，那麽鎖就會鎖住另一個方法 public synchronized void writeSomething(){ for (int i=0; i<10; i++){ System.out.print(i+" "); } System.out.println(); } public synchronized void printSomething(){ for (int i=0; i<10; i++){ System.out.print(i+" "); } System.out.println(); } } /*運行結果：僅一種可能 * 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 這兩個線程只要誰先搶到鎖，那麽另一個就必須等該線程釋放鎖，它才有機會獲得鎖，進入方法 */
5、總結
關於synchronized一定要記住兩點：
（1）鎖(既對象)一定是要唯一，否在鎖無效。
（2）對於同步代碼塊中的synchronized一定要放在共享變量上，否在也可能會達不到預期效果
三、Lock簡介
Lock和synchronized 不同的是synchronized 會自動釋放鎖，而Lock必須手動釋放，如果沒有釋放就可能造成死鎖。
並且Lock的使用一般放在try{}catch塊中，最後在finally中釋放鎖，保證拋出異常時鎖會被釋放。
1、synchronized的弊端
如果一個代碼塊被synchronized修飾了，當一個線程獲取了對應的鎖，並執行該代碼塊時，其他線程便只能一直等待，等待獲取鎖的線程釋放鎖，而這裏獲取鎖的線程釋放鎖只會有兩種情況：
1）獲取鎖的線程執行完了該代碼塊，然後線程釋放對鎖的占有；
2）線程執行發生異常，此時JVM會讓線程自動釋放鎖。
這就有下面幾個問題：
(1)如果這個獲取鎖的線程由於要等待IO或者其他原因（比如調用sleep方法）被阻塞了，但是又沒有釋放鎖，其他線程便只能幹巴巴地等待，這點非常影響程序執行效率。
因為它沒有一種機制可以不讓等待的線程一直無期限地等待下去（比如只等待一定的時間或者能夠響應中斷）
(2)如果多個線程都只是進行讀操作，所以當一個線程在進行讀操作時，其他線程只能等待無法進行讀操作。
(3)通過synchronized無法知道線程有沒有成功獲取到鎖。
上面的問題，Lock都能解決。
2、Lock和synchronized有以下幾點不同
1）Lock是一個接口，而synchronized是Java中的關鍵字，synchronized是內置的語言實現；
2）synchronized會自動釋放線程占有的鎖，而Lock需要主動通過unLock()去釋放鎖，否則很可能造成死鎖現象。
3）Lock可以讓等待鎖的線程響應中斷，而synchronized卻不行，使用synchronized時，等待的線程會一直等待下去，不能夠響應中斷；
4）通過Lock可以知道有沒有成功獲取鎖，而synchronized卻無法辦到。
5）Lock可以提高多個線程進行讀操作的效率。
在性能上來說，如果競爭資源不激烈，兩者的性能是差不多的，而當競爭資源非常激烈時（即有大量線程同時競爭），此時Lock的性能要遠遠優於synchronized。所以說，在具體使用時要根據適當情況。
四、介紹java.util.concurrent.locks包下常用的類
下面我們就來探討一下java.util.concurrent.locks包中常用的類和接口。
五.Lock
首先要說明的就是Lock，通過查看Lock的源碼可知，Lock是一個接口
public interface Lock { void lock(); void lockInterruptibly() throws InterruptedException; boolean tryLock(); boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException; void unlock(); Condition newCondition(); }
下面來逐個講述Lock接口中每個方法的使用，lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()是用來獲取鎖的。unLock()方法是用來釋放鎖的。newCondition()這個方法暫且不在此講述，會在後面的線程協作一文中講述。
在Lock中聲明了四個方法來獲取鎖，那麽這四個方法有何區別呢？
1、 lock()鎖
首先lock()方法是平常使用得最多的一個方法，就是用來獲取鎖。如果鎖已被其他線程獲取，則進行等待。
如果采用Lock，必須主動去釋放鎖，因此一般來說，使用Lock必須在try{}catch{}塊中進行，並且將釋放鎖的操作放在finally塊中進行。以保證鎖一定被被釋放，防止死鎖的發生。
Lock lock = ...; lock.lock(); try{ //處理任務 }catch(Exception ex){ }finally{ lock.unlock(); //釋放鎖 }
2、 tryLock()
tryLock()方法是有返回值的，它表示用來嘗試獲取鎖，如果獲取成功，則返回true，如果獲取失敗（即鎖已被其他線程獲取），則返回false .
所以，一般情況下通過tryLock來獲取鎖時是這樣使用的：
Lock lock = ...; if(lock.tryLock()) { try{ //處理任務 }catch(Exception ex){ }finally{ lock.unlock(); //釋放鎖 } }else { //如果不能獲取鎖，則直接做其他事情 }
3、 tryLock(long time, TimeUnit unit)
tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是類似的，只不過區別在於這個方法在拿不到鎖時會等待一定的時間，在時間期限之內如果還拿不到鎖，就返回false。如果如果一開始拿到鎖或者在等待期間內拿到了鎖，則返回true。
4、 lockInterruptibly()
當通過這個方法去獲取鎖時，如果線程正在等待獲取鎖，則這個線程能夠響應中斷，即中斷線程的等待狀態，並拋出異常。
因此lockInterruptibly()一般的使用形式如下：
public void method() throws InterruptedException { //調用它時需要主動拋出異常，如果獲得鎖就執行，如果鎖已經被其它線程得到，那就拋InterruptedException異常 lock.lockInterruptibly(); try { //..... } finally { lock.unlock(); } }
註意，當一個線程獲取了鎖之後，是不會被interrupt()方法中斷的。
因此當通過lockInterruptibly()方法獲取某個鎖時，如果不能獲取到，只有進行等待的情況下，是可以響應中斷的。
而用synchronized修飾的話，當一個線程處於等待某個鎖的狀態，是無法被中斷的，只有一直等待下去。
六、ReentrantLock
ReentrantLock，意思是“可重入鎖”。ReentrantLock是唯一實現了Lock接口的類，並且ReentrantLock提供了更多的方法。下面通過一些實例看具體看一下如何使用ReentrantLock。
1、 lock()的正確使用方法
public class LockTest { public static void main(String[] args) { final LockTest test = new LockTest(); new Thread(){ public void run() { test.insert(Thread.currentThread()); }; }.start(); new Thread(){ public void run() { test.insert(Thread.currentThread()); }; }.start(); } public void insert(Thread thread) { Lock lock = new ReentrantLock(); //註意這個地方 lock.lock(); try { System.out.println(thread.getName()+"得到了鎖"); //出來業務邏輯 } catch (Exception e) { }finally { System.out.println(thread.getName()+"釋放了鎖"); lock.unlock(); } } }
思考：最終結果會是怎麽樣？
Thread-0得到了鎖 Thread-1得到了鎖 Thread-0釋放了鎖 Thread-1釋放了鎖結果
也許有朋友會問，怎麽會輸出這個結果？第二個線程怎麽會在第一個線程釋放鎖之前得到了鎖？原因在於，在insert方法中的lock變量是局部變量，每個線程執行該方法時都會保存一個副本，那麽理所當然每個線
程執行到lock.lock()處獲取的是不同的鎖，所以就不會發生沖突。
所以如果要想鎖有用，就把它放到全局下： private Lock lock = new ReentrantLock();
2、 tryLock()的使用方法
public class Test { private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>(); private Lock lock = new ReentrantLock(); //註意這個地方 public static void main(String[] args) { final Test test = new Test(); new Thread(){ public void run() { test.insert(Thread.currentThread()); }; }.start(); new Thread(){ public void run() { test.insert(Thread.currentThread()); }; }.start(); } public void insert(Thread thread) { if(lock.tryLock()) { try { System.out.println(thread.getName()+"得到了鎖"); for(int i=0;i<5;i++) { arrayList.add(i); } } catch (Exception e) { // TODO: handle exception }finally { System.out.println(thread.getName()+"釋放了鎖"); lock.unlock(); } } else { System.out.println(thread.getName()+"獲取鎖失敗"); } } }
思考，運行結果如何？
這個時候塔的結果會是如何？ /*它其實會有兩種結果 結果1 *Thread-0得到了鎖 *Thread-1獲取鎖失敗 *Thread-0釋放了鎖 結果二 *Thread-0得到了鎖 *Thread-0釋放了鎖 *Thread-1得到了鎖 *Thread-1釋放了鎖 */ /*思考為什麽會有兩種結果，其實是很簡單 分析結果1： * 當0線程進來的時候，還沒有執行完，這個時候1線程進來發現鎖被0還占用，所以只能執行else後方法. * 這個時候0線程也把剩下的執行完了。 分析結果二 *當0進來的時候已經把程序全部執行完後，並釋放了鎖，而再1線程進來又可以獲得鎖，又可以執行相關程序 */運行結果
3、 lockInterruptibly()響應中斷的使用方法
public class InterrupTest { private Lock lock = new ReentrantLock(); public static void main(String[] args) { InterrupTest test = new InterrupTest(); MyThread thread0 = new MyThread(test); MyThread thread1 = new MyThread(test); thread0.start(); thread1.start(); thread1.interrupt(); } public void insert(Thread thread) throws InterruptedException{ lock.lockInterruptibly(); //註意，如果需要正確中斷等待鎖的線程，必須將獲取鎖放在外面，然後將InterruptedException拋出 try { System.out.println(thread.getName()+"得到了鎖"); } finally { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"執行finally"); lock.unlock(); System.out.println(thread.getName()+"釋放了鎖"); } } } class MyThread extends Thread { private InterrupTest test = null; public MyThread(InterrupTest test) { this.test = test; } @Override public void run() { try { test.insert(Thread.currentThread()); } catch (InterruptedException e) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"被中斷"); } } }
思考，運行結果如何？
/*運行結果（不一定都是這樣） *Thread-0得到了鎖 *Thread-1被中斷 *Thread-0執行finally *Thread-0釋放了鎖 */ /*原因分析 * 其實就是0先獲得所，0在獲得鎖的同時1進來了，發現鎖已被占用那麽直接向上拋異常 * 然後捕獲異常就這樣輸出了。 */運行結果
七、ReadWriteLock
ReadWriteLock也是一個接口，在它裏面只定義了兩個方法
public interface ReadWriteLock { /** * Returns the lock used for reading. */ Lock readLock(); /** * Returns the lock used for writing. */ Lock writeLock(); }
一個用來獲取讀鎖，一個用來獲取寫鎖。也就是說將文件的讀寫操作分開，分成2個鎖來分配給線程，從而使得多個線程可以同時進行讀操作。
八、ReentrantReadWriteLock
ReentrantReadWriteLock實現了ReadWriteLock接口，ReentrantReadWriteLock裏面提供了很多豐富的方法，不過最主要的有兩個方法：readLock()和writeLock()用來獲取讀鎖和寫鎖。
下面通過幾個例子來看一下ReentrantReadWriteLock具體用法。
1、假如有多個線程要同時進行讀操作的話，先看一下synchronized達到的效果
public class Test6 { public static void main(String[] args) { final Test6 test = new Test6(); new Thread(){ public void run() { test.get(Thread.currentThread()); }; }.start(); new Thread(){ public void run() { test.get(Thread.currentThread()); }; }.start(); } public synchronized void get(Thread thread) { for(int i=0;i<3;i++){ System.out.println(thread.getName()+"正在進行讀操作"); } System.out.println(thread.getName()+"讀操作完畢"); } }
思考，運行結果如何？
/*運行結果 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0讀操作完畢 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1讀操作完畢 */ //這段程序的輸出結果會是，直到thread1執行完讀操作之後，才會打印thread2執行讀操作的信息。運行結果
2、優化成用讀寫鎖的話
public static void main(String[] args) { final WriteTest test = new WriteTest(); new Thread(){ public void run() { test.get(Thread.currentThread()); }; }.start(); new Thread(){ public void run() { test.get(Thread.currentThread()); }; }.start(); } public void get(Thread thread) {
//這裏放讀鎖 rwl.readLock().lock(); try { for(int i=0;i<3;i++){ System.out.println(thread.getName()+"正在進行讀操作"); } try { Thread.currentThread().sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(thread.getName()+"讀操作完畢"); } finally {
//這裏釋放鎖 rwl.readLock().unlock(); } } }
思考，運行結果如何？
/*運行結果（存在多種結果） Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-0正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-1正在進行讀操作 Thread-0讀操作完畢 Thread-1讀操作完畢 這就說明：並沒有一個線程占著鎖一定要執行完才釋放鎖 */運行結果
這就說明thread1和thread2在同時進行讀操作。這樣就大大提升了讀操作的效率。
不過要註意的是，如果有一個線程已經占用了讀鎖，則此時其他線程如果要申請寫鎖，則申請寫鎖的線程會一直等待釋放讀鎖。
如果有一個線程已經占用了寫鎖，則此時其他線程如果申請寫鎖或者讀鎖，則申請的線程會一直等待釋放寫鎖。
九、鎖的相關概念介紹
在前面介紹了Lock的基本使用，這一節來介紹一下與鎖相關的幾個概念。
1.可重入鎖
如果鎖具備可重入性，則稱作為可重入鎖。像synchronized和ReentrantLock都是可重入鎖。
看下面這段代碼就明白了：
class MyClass { public synchronized void method1() { method2(); } public synchronized void method2() { } }
上述代碼中的兩個方法method1和method2都用synchronized修飾了，假如某一時刻，線程A執行到了method1，此時線程A獲取了這個對象的鎖，而由於method2也是synchronized方法，假如synchronized不具備
可重入性，此時線程A需要重新申請鎖。但是這就會造成一個問題，因為線程A已經持有了該對象的鎖，而又在申請獲取該對象的鎖，這樣就會線程A一直等待永遠不會獲取到的鎖。
而由於synchronized和Lock都具備可重入性，所以不會發生上述現象。
2.可中斷鎖
可中斷鎖：顧名思義，就是可以相應中斷的鎖。在Java中，synchronized就不是可中斷鎖，而Lock是可中斷鎖。
如果某一線程A正在執行鎖中的代碼，另一線程B正在等待獲取該鎖，可能由於等待時間過長，線程B不想等待了，想先處理其他事情，我們可以讓它中斷自己或者在別的線程中中斷它，這種就是可中斷鎖。
在前面演示lockInterruptibly()的用法時已經體現了Lock的可中斷性。
3.公平鎖
公平鎖即盡量以請求鎖的順序來獲取鎖。比如同是有多個線程在等待一個鎖，當這個鎖被釋放時，等待時間最久的線程（最先請求的線程）會獲得該所，這種就是公平鎖。
非公平鎖即無法保證鎖的獲取是按照請求鎖的順序進行的。這樣就可能導致某個或者一些線程永遠獲取不到鎖。
在Java中，synchronized就是非公平鎖，它無法保證等待的線程獲取鎖的順序。
而對於ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock，它默認情況下是非公平鎖，但是可以設置為公平鎖。
可以在創建ReentrantLock對象時，通過以下方式來設置鎖的公平性：
ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
如果參數為true表示為公平鎖，為fasle為非公平鎖。默認情況下，如果使用無參構造器，則是非公平鎖。
4.讀寫鎖
讀寫鎖將對一個資源（比如文件）的訪問分成了2個鎖，一個讀鎖和一個寫鎖。正因為有了讀寫鎖，才使得多個線程之間的讀操作不會發生沖突。
ReadWriteLock就是讀寫鎖，它是一個接口，ReentrantReadWriteLock實現了這個接口。可以通過readLock()獲取讀鎖，通過writeLock()獲取寫鎖。
上面已經演示過了讀寫鎖的使用方法，在此不再贅述。
參考
非常感謝這兩篇文章：
1、synchronized / Lock+volatile
2、Java並發編程：Lock
想太多，做太少，中間的落差就是煩惱。想沒有煩惱，要麽別想，要麽多做。少校【9】
【java多線程】（3）---synchronized、Lock